(57)【要約】 【課題】  小型でレーザーダイオードモジュールへの組み込みが容易な光アイソレータ及びその製造方法を提供すること。【解決手段】  第一の偏光子２の板、磁性ガーネット厚膜３の板、第二の偏光子４の板、及びレンズアレイ１の板を、それぞれの光学面を対向させて接着して一体化した上で、個々の光アイソレータに切断分離する。ここで、レンズアレイ１の材質は光学ガラス又はシリコンであり、その表面には非球面のレンズ面を形成する。また、輪帯を形成して結像効果を有する回折光学素子とする。そのとき、モールド成形、エッチング又はレーザーアブレーション法を用いる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２枚の偏光子と、少なくとも１つのファラデー回転子とを備える光アイソレータにおいて、全体の入射側若しくは射出側又はその双方にレンズを一体化したことを特徴とする光アイソレータ。
【請求項２】
請求項１記載の光アイソレータにおいて、前記レンズは光学ガラスからなるレンズアレイより製作されたことを特徴とする光アイソレータ。
【請求項３】
請求項１記載の光アイソレータにおいて、前記レンズはシリコン基板より製作されたことを特徴とする光アイソレータ。     
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の光アイソレータにおいて、前記レンズは結像効果を有する回折光学素子であることを特徴とする光アイソレータ
【請求項５】
偏光子の少なくとも２枚の板、ファラデー回転子の少なくとも１枚の板、及びレンズアレイの板を、前記板の光学面が対向するように一体化した上で、切断することを特徴とする、光アイソレータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に光ファイバ通信に用いられる光アイソレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバ通信においては、光源であるレーザーダイオードへの戻り光を防止する為、光アイソレータが用いられる。この光アイソレータは、偏光子とファラデー回転子とを組合せ、レーザーダイオードから発せられたレーザービームは透過させ、光ファイバなどの光導波路からレーザーダイオードへ入るビームは遮蔽するものであり、これによりレーザーダイオードの安定発振を確保することが出来る。
【０００３】
このような光アイソレータの一例として、特許文献１に開示された光アイソレータがある。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１７０５４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した特許文献１に係る光アイソレータの場合、レーザーダイオードを射出した光束を光導波路に結合させる為に別途レンズを用意するが、このレンズは光アイソレータと別体となっている為、光アイソレータをレーザーダイオードモジュールに組み込む場合に、レンズと光アイソレータとの位置合わせが必要となり、光アイソレータ組み込みの際の工数増大の原因となっていた。またレンズと光アイソレータとを密着させることが困難である為、レーザーダイオードモジュールの全長を縮めることが困難となっていた。
【０００６】
本発明は、このような問題点を解決すべくなされたもので、その技術的課題は、組み立て容易でかつレーザーダイオードモジュールの小型化に寄与できる光アイソレータ及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第一の発明によれば、少なくとも２枚の偏光子と、少なくとも１つのファラデー回転子とを備える光アイソレータにおいて、全体の入射側若しくは射出側又はその双方にレンズを一体化したことを特徴とする光アイソレータが得られる。この構成により、光路方向に小型であり、レーザーダイオードモジュールなどに組み込みが容易な光アイソレータとなる。
【０００８】
第二の発明によれば、第一の発明の光アイソレータにおいて、前記レンズは光学ガラスからなるレンズアレイより製作されたことを特徴とする光アイソレータが得られる。この構成ではモールド成形などで加工が可能な光学ガラスによるレンズアレイの板を使用する。
【０００９】
第三の発明によれば、第一の発明の光アイソレータにおいて、前記レンズはシリコン基板より製作されたことを特徴とする光アイソレータが得られる。この構成では高精度の表面加工が可能で高屈折率のシリコン基板上に形成されたレンズアレイを使用する。     
【００１０】
第四の発明によれば、第一から第三のいずれかの発明の光アイソレータにおいて、前記レンズは結像効果を有する回折光学素子であることを特徴とする光アイソレータが得られる。この構成では、結像効果を有する回折光学素子をレンズとして用いる。
【００１１】
第五の発明によれば、偏光子の少なくとも２枚の板、ファラデー回転子の少なくとも１枚の板、及びレンズアレイの板を、前記板の光学面が対向するように一体化した上で、切断することを特徴とする、光アイソレータの製造方法が得られる。この方法により、一体化した数枚の板から多数の光アイソレータチップを切断分離によって得る。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の光アイソレータの場合、光アイソレータとレンズとを一体化することにより、レンズと光アイソレータとの位置調整を省略することが出来、レーザーダイオードモジュールへの組み込みが容易な光アイソレータとなる。またレンズと光アイソレータが密着することにより、レーザーダイオードモジュールの全長の短縮に寄与することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の最良の形態に係る光アイソレータは、少なくとも光学素子としての偏光子及びファラデー回転子を備えてなる光アイソレータにおいて、光アイソレータの入射側或いは反射側、或いはその双方にレンズを取り付ける。この場合のレンズは、材質的には、光学ガラスを用いたもの、シリコンを用いたものがよく、そして、非球面のもの、結像作用を有する回折素子を用いる。
【００１４】
更に、レンズをアレイ化しておき、光アイソレータ素子を構成する偏光子及び磁性ガーネット厚膜の板（プレート）を一体化したものに、アレイ化したレンズを一体化すれば、一度のプロセスで多数の光アイソレータを作製することが可能になるものである。
【００１５】
以下は、本発明の光アイソレータについて、幾つかの実施例を上げ、図面を参照して具体的に説明する。
【実施例１】
【００１６】
図１は、本発明の実施例１に係る光アイソレータの製作工程の概要を示した斜視図、図２は本発明の実施例１に係る光アイソレータに用いられるレンズアレイの側面図である。
【００１７】
図１において、１はレンズアレイであり、光学ガラスであるＭ−ＮｂＦＤ８３（ＨＯＹＡ（株）製）上に、直径０．８ｍｍの非球面レンズがアレイ状に形成されたものである。その非球面形状は、次の式で表される。
【００１８】
【数１】
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【００１９】
この数１において、Z：非球面たる光学面の周辺部における、面頂に対する光軸方向の変位量（所謂サグ量）、c：中心部付近における曲率、ｋ：円錐係数、ｒ：面頂からの距離、a1：ｒの２次の係数、a2：ｒの４次の係数、a3：ｒの６次の係数、a4：ｒの８次の係数である。本実施例１の非球面においては、c＝１．７９５４７、ｋ＝−０．０４６３３６、a1＝０．４１４１１９、a2＝−２．７２８１３７、a3＝−０．１９４３２９、a4＝１．１４０４５２、である。また中心部の厚み（面頂部から反対側の平面までの厚み）は０．２ｍｍである。
【００２０】
レンズアレイ１は、光学ガラスＭ−ＮｂＦＤ８３（ＨＯＹＡ（株）製）をプレート状に、射出成形により上記形状に成形したものである。２は第一の偏光子、４は第二の偏光子としてのＣＵＰＯ（ＨＯＹＡ（株）の商品名）であり、ファラデー回転子の偏光回転方向に応じて、順方向（レンズアレイ１から偏光子４へ光ビームが伝搬する方向）にて入射ビームが通るように、透過偏光方向の角度は４５度を成している。また第一の偏光子２、第二の偏光子４とも、その厚みは０．２ｍｍである。
【００２１】
３はファラデー回転子を構成する磁性ガーネット厚膜であり、内部磁界が飽和するような磁界を印加すると、入射偏光方向を回転させる作用がある。磁性ガーネット厚膜３は、１５５０ｎｍで入射偏光方向を４５度回転させるよう、その厚みは０．５ｍｍである。
【００２２】
本実施例１のアイソレータを製作する場合にはまず、第一の偏光子２、磁性ガーネット厚膜３、第二の偏光子４を貼り合わせる。この場合、光学特性を重視する場合には、第二の偏光子４の側から使用波長の光ビームを入射し、第一の偏光子２の側に射出してくる漏れ光が極力少なくなるように、第一の偏光子２と第二の偏光子４との相対角度を調整する。これに対して製造タクトの短縮を優先する場合には、第一の偏光子２、磁性ガーネット厚膜３、第二の偏光子４の３枚の部材の縁を揃えて接着すればよい。
【００２３】
光アイソレータを構成する３つの部材を接着した後に、レンズアレイ１を接着固定し、複合体５を作成する。接着固定した後に、図示しないがダイシングソー、ワイヤーカッター等を用い、光アイソレータ素子１個にレンズアレイ１を構成していた非球面レンズが１個組み合わされるように切断分離し、光アイソレータチップ６を製作する。図示しないが、この光アイソレータチップ６に、磁性ガーネット厚膜３に磁界を印加する為の永久磁石を付加することにより、光アイソレータとして動作する。
【００２４】
本実施例１においては、高屈折率を有するモールド用光学ガラスをレンズの材質に用いたことにより、レンズ系の収差を良好に補正することが出来、射出ビームの開口数０．４のレーザーダイオードを、開口数０．１のシングルモードファイバに結合させる場合において、レーザーダイオード端面〜レンズ面の距離を０．６ｍｍ、第二の偏光子４の射出面〜シングルモードファイバの距離を１．８ｍｍとし、ビーム伝搬方向に直交する方位の位置を調整することによって、レーザーダイオードからシングルモードファイバ迄の距離を３．５ｍｍと短くした上で、波長１５５０ｎｍにおいて結合効率８０％を得ることが出来た。
【００２５】
なお本実施例１においては、レーザーダイオード側（光アイソレータの入射側）にレンズを配置したが、レーザーダイオード〜レンズの距離を大きく取ることが出来る場合には、第二の偏光子側（光アイソレータの射出側）に、光学面の形状が最適化されたレンズを配置しても同様の効果を得ることが出来る。
【００２６】
また本実施例においては、偏光子としてＣＵＰＯ（ＨＯＹＡ（株）製）を用いたが、同様の吸収型偏光子であるポーラーコア（コーニング社製）や、分離型の偏光子であるルチルを用いても同様の効果を得ることが出来る。
【実施例２】
【００２７】
図３は本発明の実施例２に係る光アイソレータの製作工程の概要を示した斜視図である。図３において、７は第一のレンズアレイであり、シリコン基板上に結像作用を有する回折素子が、エッチングにより形成されたものである。図４は、第一のレンズアレイ７の中心部の模式的断面図であり、８は、第一のレンズアレイを構成する回折素子の中心部である。レンズアレイを構成する各レンズの各輪帯は入射光波面に対して位相差を与える。第一のレンズアレイ７を構成するレンズによって与えられる位相差は、以下の式で与えられる。
【００２８】
【数２】
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【００２９】
この数２において、Φは位相差（ラジアン）、Aiはi次の係数、ρは面の半径（ｍｍ）である。本実施例２においては、A1＝−８１０３．３１５７０６、A2＝１５４１９．８５である。
【００３０】
９は第一の偏光子であるポーラーコア（コーニング社製）で、その厚みは０．２ｍｍである。１０は内部の磁場によりファラデー効果を発現する、所謂、硬磁性ガーネット厚膜であり、その厚みは０．５ｍｍである。１１は第二の偏光子であるポーラーコア（コーニング社製）で、その厚みは０．２ｍｍである。
【００３１】
１２は第二のレンズアレイであり、第一のレンズアレイ同様、シリコン基板上に結像作用を有する回折素子が、エッチングにより形成されたものである。その構造については、第一のレンズアレイ７と同様であるので説明を省略する。第二のレンズアレイを構成する各レンズの各輪帯は、入射光波面に対して位相差を与える。第二のレンズアレイ１２を構成するレンズによって与えられる位相差は、第一のレンズアレイ７の場合と同様の式で与えられ、第二のレンズアレイ１２の場合は、A1＝−２０２７．５１５７３７、A2＝１６１５０．１３である。
【００３２】
本実施例２のアイソレータを組み立てる場合にはまず、第一の偏光子９、硬磁性ガーネット厚膜１０、第二の偏光子１１を貼り合わせる。この場合、光学特性を重視する場合には、第二の偏光子１１の側から使用波長の光ビームを入射し、第一の偏光子９の側に射出してくる漏れ光が極力少なくなるように、第一の偏光子９と第二の偏光子１１との相対角度を調整する。これに対して製造タクトの短縮を優先する場合には、第一の偏光子９、硬磁性ガーネット厚膜１０、第二の偏光子１１の３枚の部材の縁を揃えて接着すればよい。
【００３３】
光アイソレータを構成する３つの部材を接着した後に、第一のレンズアレイ７及び第二のレンズアレイ１２を接着固定し、複合体１３を製作する。接着固定した後に、図示しないがダイシングソー、ワイヤーカッター等を用い、光アイソレータ素子１個に第一のレンズアレイ７及び第二のレンズアレイ１２を構成していた回折素子が各々１個組み合わされるように切断分離し、光アイソレータチップ１４を製作する。
【００３４】
本実施例２においては、厚み０．３ｍｍのシリコン基板上に結像作用を有する回折素子を形成したことにより、射出ビームの開口数０．４のレーザーダイオードを、開口数０．１のシングルモードファイバに結合させる場合において、レーザーダイオード端面〜レンズ面の距離を０．２５ｍｍ、第二の偏光子４の射出面〜シングルモードファイバの距離を０．９ｍｍとし、ビーム伝搬方向に直交する方位の位置を調整することによって、レーザーダイオードからシングルモードファイバ迄の距離を３．５ｍｍと短くした上で、波長１５５０ｎｍにおいて、結合効率９０％を得ることが出来た。
【００３５】
本実施例においては、結像作用を有する回折素子を結合用レンズとして用いることにより、光アイソレータの全長を更に短くすることが出来たものである。
【実施例３】
【００３６】
図５は、本発明の実施例３に係る光アイソレータの製作工程の概要を示した斜視図である。図５において、１５はレンズアレイであり、シリコン基板上に、炭酸ガスレーザーによるレーザーアブレーションにより、非球面レンズの形状を形成したものである。非球面形状は以下の式で表される。
【００３７】
【数３】
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【００３８】
この数３における各係数の意味は実施例１における係数と同様であるので説明を省略する。本実施例３においては、c＝−１．０３１１３７、ｋ＝−２．３９６８１、a1＝−０．０５２８６３、a2＝０．０２７９８８、a3＝a4＝０、である。
【００３９】
１６は第一の偏光子であるポーラーコア（コーニング社製）であり、その厚みは０．２ｍｍである。１７は磁性ガーネット厚膜であり、その厚みは０．５ｍｍである。１８は第二の偏光子であるポーラーコア（コーニング社製）であり、その厚みは０．２ｍｍである。
【００４０】
本実施例３の光アイソレータを組み立てる場合には、まず、第一の偏光子１６、磁性ガーネット厚膜１７、第二の偏光子１８を貼り合わせる。この場合、光学特性を重視する場合には、第二の偏光子１８の側から使用波長の光ビームを入射し、第一の偏光子１６の側に射出してくる漏れ光が極力少なくなるように、第一の偏光子１６と第二の偏光子１８との相対角度を調整する。これに対して製造タクトの短縮を優先する場合には、第一の偏光子１６、磁性ガーネット厚膜１７、第二の偏光子１８の３枚の部材の縁を揃えて接着すればよい。
【００４１】
光アイソレータを構成する３つの部材を接着して複合体１９を製作した後に、レンズアレイ１５を第一の偏光子１６に接着固定する。この場合図示のとおり、レンズアレイ１５の非球面レンズ形状が形成された面を、第一の偏光子１６の入射面に接着する。この場合レンズアレイ１５と、第一の偏光子１６との間には接着剤が充填されることとなるが、本実施例３においては、波長１５５０ｎｍにおける屈折率が１．５３９のエポキシ系接着剤を使用している。
【００４２】
接着固定した後に、図示しないがダイシングソー、ワイヤーカッター等を用い、光アイソレータ素子１個にレンズが１個組み合わされるように切断分離し、光アイソレータチップ２０を製作する。図示しないが、このアイソレータチップ２０に、磁性ガーネット厚膜１７に磁界を印加する為の永久磁石を付加することにより、光アイソレータとして動作させる。
【００４３】
本実施例３においては、厚み０．３ｍｍのシリコン基板上に非球面形状を形成したことにより、射出ビームの開口数０．４のレーザーダイオードを、開口数０．１のシングルモードファイバに結合させる場合において、レーザーダイオード端面〜レンズ面の距離を０．４８ｍｍ、第二の偏光子４の射出面〜シングルモードファイバの距離を１．８１ｍｍとし、ビーム伝搬方向に直交する方位の位置を調整することによって、波長１５５０ｎｍにおいて結合効率９５％を得ることが出来た。
【００４４】
本実施例３では、シリコン基板上に形成した非球面形状部を、光アイソレータ素子の側に対向させることにより、基板の平面側がレーザーダイオード側に対向することとなり、収差補正上、良好な配置とすることにより、特に高結合効率を達成することが出来た。
【００４５】
以上本発明に係る光アイソレータにおいて、以上３つの実施例を基に説明した。３つの実施例において、光アイソレータ素子はいずれも、第一の偏光子と磁性ガーネット薄膜、及び第二の偏光子とからなる、所謂、一段型の光アイソレータであったが、１段型光アイソレータを直列に２つ並べた、所謂、２段型光アイソレータであっても、或いは、１段型光アイソレータの射出側に、更に磁性ガーネット薄膜と、第三の偏光子とを配置した、１．５段型光アイソレータであっても差し支えなく、本発明の効果は同様に発揮される。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】発明の実施例１に係る光アイソレータの製作工程の概略を示す斜視図。
【図２】本発明の実施例１に係る光アイソレータに用いられるレンズアレイの側面図。
【図３】本発明の実施例２に係る光アイソレータの製作工程の概略を示す斜視図。
【図４】本発明の実施例２に係る第一のレンズアレイ７の中心部の断面図。
【図５】本発明の実施例３に係る光アイソレータの製作工程の概略を示す斜視図。
【符号の説明】
【００４７】
１，１５    レンズアレイ
２，９，１６    第一の偏光子
３，１７    磁性ガーネット厚膜
４，１１，１８    第二の偏光子
５，１３，１９    複合体
６，１４，２０    光アイソレータチップ
７    第一のレンズアレイ
８    回折素子の中心部
１０    硬磁性ガーネット厚膜
１２    第二のレンズアレイ
【図１】
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【図２】
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【図３】
2006047812.tif 000008
【図４】
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【図５】
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